Nrf2 的差异调节与自闭症儿童单核细胞炎症和硝化应激升高有关
Differential regulation of Nrf2 is linked to elevated inflammation and nitrative stress in monocytes of children with autism


Ahmed Nadeem a, Sheikh F. Ahmad a, Laila Y. AL-Ayadhi b, Sabry M. Attia a, Naif O. Al-Harbi a, Khalid S. Alzahrani a, Saleh A. Bakheet a
doi: https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2019.104554

抽象的

自闭症谱系障碍 (ASD) 是一种非常复杂的神经发育障碍,其特征是社交和沟通技能缺陷。人们认为单核细胞等先天免疫细胞在神经免疫炎症和硝化应激中发挥着重要作用。另一方面,Nrf2,一种碱性亮氨酸拉链转录因子,在保护免疫细胞免受炎症和氧化剂侵害方面发挥着重要作用。然而,其在 ASD 儿童和典型发育对照 (TDC) 儿童的单核细胞中与炎症和硝化应激的关系尚未阐明。因此,本研究旨在评估 Nrf2 表达/活性以及炎症参数(NFkB、IL-6、IL-1β)和硝酸盐ASD/TDC 儿童单核细胞的应激(iNOS、硝基酪氨酸)。此外,萝卜硫素 (SFN)被用作Nrf2激活剂来评估其对上述炎症和硝化应激参数的影响。我们的研究表明,自闭症谱系障碍 (ASD) 受试者的单核细胞 Nrf2 表达/活性降低,同时炎症和硝化应激增加。此外,来自 ASD 的单核细胞在用 LPS 刺激时缺乏诱导 Nrf2 活性的能力。然而,SFN 在体外激活 Nrf2 可通过减少 NFkB 信号传导来逆转 LPS 诱导的单核细胞炎症效应。此外,SFN 治疗还可逆转 LPS 诱导的对 ASD 受试者单核细胞硝化应激(iNOS、硝基酪氨酸)的影响。这项研究提出了这样的观点:SFN 通过阻断自闭症儿童的 NFkB 信号传导,下调氧化应激和炎症,从而预防硝化应激和炎症。这可能是 SFN 对 ASD 受试者有改善作用的原因。

介绍

自闭症谱系障碍(ASD)是一种非常复杂的发育障碍,表现出社会关系和沟通技巧严重异常的特征。刻板和重复的行为以及视觉功能障碍是 ASD 的一些关键特征(Gottfried 等,2015;State 和 Levitt,2011)。骨髓来源的先天免疫细胞,如单核细胞、巨噬细胞和小胶质细胞,在周围和中枢神经系统 (CNS) 的发育中发挥着关键作用。它们调节神经元增殖、突触形成和可塑性以及凋亡神经元的清除(De Luca 等人,2018;de Miranda 等人,2017)。免疫系统失调在自闭症谱系障碍中起着重要作用,但因果关系仍存在争议。多项研究表明,自闭症谱系障碍患者的中枢神经系统和血液中的免疫反应发生了变化(Hsiao,2013;Noriega 和 Savelkoul,2014;Estes 和 McAllister,2015;Nadeem 等,2018)。

氧化/硝化应激是活性氧(ROS)或活性氮(RNS)过量产生的状态。氧化剂的积累会改变脂质、碳水化合物和蛋白质,最终导​​致细胞功能障碍。在正常生理状态下,细胞内的氧化剂被抗氧化防御系统消除。超氧化物歧化酶 (SOD) 和谷胱甘肽过氧化物酶 (GPx) 是直接消除 ROS/RNS 的主要酶,而谷胱甘肽还原酶 (GR) 则维持谷胱甘肽的正常水平,这对于抗氧化系统的整体维护至关重要。如果在氧化/硝化应激条件下抗氧化系统出现故障,就会使生物体容易受到多种疾病的影响。 ASD 是一种被认为涉及氧化/硝化应激的病症。尿液中的氧化/硝化应激参数(8-异前列烷、脂质氢过氧化物、己酰基赖氨酸加合物)、血浆(氯酪氨酸、硝基酪氨酸、硝酸盐)、小脑(硝基酪氨酸、氯酪氨酸、8-氧代-脱氧鸟苷)和免疫细胞(如 T)据报道,ASD 受试者中的细胞、单核细胞和中性粒细胞(ROS、硝基酪氨酸)(Melnyk 等人,2012 年;Ming 等人,2005 年;Chauhan 和 Chauhan,2006 年;Damodaran 和 Arumugam,2011 年;Ghezzo 等人,2013 年; Sweeten 等人,2004 年;Rose 等人,2012 年;Nadeem 等人,2017 年,2018 年)。一些研究还报告了氧化/硝化应激参数(尿液异前列烷和血浆脂质过氧化物)与 ASD 受试者疾病严重程度的关联(Damodaran 和 Arumugam,2011;Mousavinejad 等,2018)。

先前的几项研究已经证明单核细胞在自闭症谱系障碍的发病机制中发挥着重要作用。自闭症谱系障碍 (ASD) 患者中白细胞介素 (IL-1β、IL-6) 和肿瘤坏死因子-α (TNFα) 浓度也升高(Ferguson 等人,2016 年;Masi 等人,2015 年;Malik 等人,2011 年) 。它们表达不同类型的受体,例如IL-17R和TLR,这些受体可以被内源/外源刺激激活,从而导致它们的激活。据报道,单核细胞释放多种促炎细胞因子,如 IL-6、TNFα、MCP-1,它们在炎症信号传导中发挥重要作用(Gottfried 等,2015;Siniscalco 等,2018;Enstrom 等,2010;Nadeem等人,2018)。然而,Nrf2与ASD患者单核细胞炎症和氧化/硝化应激的关系尚未阐明。

核因子红细胞2相关因子2(Nrf2)是一种碱性亮氨酸拉链转录因子,调节机体的内源性诱导防御系统。正常生理条件下它位于细胞质中。然而,在氧化/硝化应激过程中,Nrf2 从细胞质转移到细胞核,并与 DNA 上的特定位点(称为抗氧化反应元件 (ARE))结合。这导致诱导产生对抗氧化/硝化应激和炎症所需的蛋白质(Ahmed 等人,2017;Morris 等人,2019)。据报道,在多种炎症性疾病中,Nrf2 均受到损害。缺乏 Nrf2 的动物,如中风和创伤性脑损伤,氧化/硝化应激会增加 (Zhang et al., 2017)。此外,丙戊酸(一种已知的自闭症样症状诱导剂)也会导致 Nrf2 缺陷小鼠的行为缺陷增强,这可能是通过增强氧化/硝化应激来实现的(Furnari 等人,2014 年;Pragnya 等人,2014 年)。 Nrf2 表达减少与许多脑部疾病有关,例如帕金森病模型、淀粉样蛋白侧索硬化症和阿尔茨海默病。 (王等人,2017)。在各种自身免疫/炎症性疾病中,Nrf2的缺乏也会导致炎症反应加剧(Kobayashi et al., 2016)。然而,尚未在 ASD 患者的单核细胞中探索 Nrf2 的表达。

萝卜硫素 (SFN) 是一种生物活性分子和已知的 Nrf2 激活剂,是通过天然方式从十字花科蔬菜,尤其是西兰花和西兰花芽中提取的(Charron 等人,2018)。 SFN 通过激活 Nrf2 加速内源性抗氧化和抗炎反应。 ARE 基因升高被认为可以防止环境毒素和氧化剂引起的细胞和组织损伤。 Nrf2/ARE 通路在体外和体内均具有良好的抗氧化作用(Kobayashi 等人,2016;Rangasamy 等人,2004;Ping 等人,2010)。除了其众所周知的抗氧化特性外,Nrf2 通路还据报道在细胞培养物和动物模型中具有抗炎作用(Anuja 等人,2018;Kobayashi 等人,2016)。 SFN 对 ASD 患者的益处也已得到证实(Singh 等人,2014 年;Lynch 等人,2017 年),但哪些免疫细胞受其影响仍有待探索。因此,我们试图确定 SFN 对健康对照和 ASD 受试者单核细胞的影响。

我们的研究表明,自闭症谱系障碍 (ASD) 受试者的单核细胞中 Nrf2 表达受损,炎症和硝化应激升高。然而,SFN 通过下调 ASD 受试者单核细胞中的 NFκB 通路来抑制促炎细胞因子和硝化应激。